JPH0225462B2 - - Google Patents

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JPH0225462B2
JPH0225462B2 JP57120159A JP12015982A JPH0225462B2 JP H0225462 B2 JPH0225462 B2 JP H0225462B2 JP 57120159 A JP57120159 A JP 57120159A JP 12015982 A JP12015982 A JP 12015982A JP H0225462 B2 JPH0225462 B2 JP H0225462B2
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Japan
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tank
solution
electrophoresis
gradient
sodium acetate
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Takayasu Saito
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Koki Holdings Co Ltd
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Hitachi Koki Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D57/00Separation, other than separation of solids, not fully covered by a single other group or subclass, e.g. B03C
    • B01D57/02Separation, other than separation of solids, not fully covered by a single other group or subclass, e.g. B03C by electrophoresis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D43/00Separating particles from liquids, or liquids from solids, otherwise than by sedimentation or filtration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J47/00Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor
    • B01J47/12Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor characterised by the use of ion-exchange material in the form of ribbons, filaments, fibres or sheets, e.g. membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03BSEPARATING SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS
    • B03B5/00Washing granular, powdered or lumpy materials; Wet separating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B5/00Other centrifuges
    • B04B5/10Centrifuges combined with other apparatus, e.g. electrostatic separators; Sets or systems of several centrifuges

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  • Molecular Biology (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、遠心力中で電気泳動を行い、液体試
料中の例えば高分子、粒子、細胞等の各成分を遠
心力と電場による力とのつり合い位置に分離する
高分子又は粒子等溶液の分離方法に関するもので
ある。
荷電Q、質量M、比容積υの粒子が遠心力fcと
同時に、遠心力と反対方向の大きさEの電場によ
る力feを受けたとすると、その粒子に働く力fは f=fc−fe=M(1−υρ)ω2r−QE となる。ここでρは粒子の密度、ωは角速度、r
は遠心力の回転半径を示す。上記式において、回
転中心から一定の点より半径rが増大するに従
い、Eの大きさが増大するようにすれば、回転数
を適当に選ぶことにより遠心力fcと電場による力
feのつり合う位置rpは決定される。第1図におい
て、rpより近い距離にある粒子はfcの方がfeより
も絶対値が大であるので交点rpに向つて移動す
る。逆に交点rpより遠い点にある粒子はfcよりfe
の方が絶対値が大であるので、やはり交点rpに向
つて移動する。即ち粒子がどこに存在していて
も、同一の粒子は全て同じ場所に集合することに
なる。
従つて上述のような電場を作ることができれ
ば、異なる粒子の混合物をから成分を濃縮した状
態で効率よく分離できる事が期待できる。第1図
においては、縦軸にfe又はfcの大きさを、横軸に
回転軸心からの距離をとつてある。
本発明では、この目的のためにイオン交換膜を
利用している。分離すべき物質が負に荷電してい
る場合には陽イオン交換膜を、正に荷電している
場合には陰イオン交換膜を用いた。本件では、分
離すべき物質が負に荷電している場合を例にと
り、説明する。第2図に示す如く、泳動槽1の陽
極側では陽イオン交換膜2により陽極槽3への陰
イオンの移動が妨げられ蓄積し、それに伴い陽イ
オンを蓄積する。これに対し、泳動槽1の陰極側
では陰極槽4からの陰イオンの移動が妨げられる
ため、陰イオン濃度は低下する。即ち泳動槽1の
陽極側から陰極側に向つて減少する陰イオンの濃
度勾配が得られる。回転軸を陽極側にすれば軸か
ら遠ざかるに従い電位勾配が増大することにな
る。第2図において、A1,A2が電極を示す。
第3図、第4図に本発明方法を実施するに適し
た装置の一例を示してある。第3図、第4図にお
いて、11は図示しないモータで駆動回転される
ロータ、12は該ロータ11に懸架されて回転す
る遠心電気泳動管である。泳動管12はロータ1
1の停止時には第3図鎖線で示すほぼ垂直な向き
をなし、ロータ11の回転に伴つて遠心力で次第
に持ち上げられ、所定の回転数に達した時点では
実線のように水平に維持される。前記ロータ11
の上端にはその中心部に配された導電性摺動片1
3と、摺動片13と同心なリング状の導電性摺動
片14が互いに絶縁されて固定されている。そし
て、ロータ11の上側に位置してバネ15で圧力
が加えられ前記摺動片13,14に対向摺接する
導電性摺動片16,17が配設されている。摺動
片13,14,16,17には夫々導線18,1
9,20,21の一端が接続され、導線18,1
9はロータ11の中央部を通つて泳動管12懸架
側に引き出され、泳動管12内に導入されて電極
としている。他方導線20,21の他端は、枠体
に固定の直流電圧発生器22に接続されている。
23,24は絶縁物を示す。又25は泳動管懸架
ピンを、26を駆動軸を示す。
泳動管12の詳細を第4図に示す。泳動管12
はケース部として、有底円筒状のバケツト30と
キヤツプ32を有し、キヤツプ32はバケツト3
0の上端開口にネジ込まれた保持部材33の内面
にOリング34を介在して密封状態に嵌め込まれ
ている。31はバケツト30の上部に形成された
フツクである。
ケース部内面には、底部から順に、陰極槽4
0、電解質貯蔵槽41、泳動槽42、陽極槽43
が形成されている。陰極槽40はビース50と陽
イオン交換膜44で区画され、貯蔵槽41は陽イ
オン交換膜44,45並びにピース46で区画さ
れ、泳動槽42は陽イオン交換膜45、ピース4
7、陽イオン交換膜48で区画され、陽極槽43
は陽イオン交換膜48、ピース49で区画形成さ
れている。
前記導線18,19のうち、一極側導線18の
一端は陰極槽40内に臨み、他方+極側導線19
の一端は陽極槽43内に臨んでいる。
上記において、イオン交換膜44を増やし電解
質貯蔵槽41を設けたのは、第2図のままだと、
泳動槽陰極側の膜のごく付近でイオン濃度の極端
な低下が起き、事実上絶縁状態となる。電解質貯
蔵槽41に高濃度の高解質溶液を入れることによ
り、少量の陰イオンが泳動槽42に供給され、電
流は維持される。上記装置により、次の材料で以
下の実験を行つた。
イオン交換膜:旭化成工業(株)製イオン交換膜
K101(商品名) 試料:日本合成ゴム(株)製ラテツクスTD−1、
TD−2 電極液:陽極槽、0.5Mクエン酸三ナトリウム
水溶液 陰極槽、0.15M酢酸、0.1M塩
化ナトリウム水溶液 電解質貯蔵槽液:4.6M酢酸、0.4M酢酸ソーダ
水溶液 泳動槽内の溶液は、ジユール熱による対流を防
ぐ目的でしよ糖により直線的な密度勾配をつけ
た。電解質は酢酸ナトリウムを用い、実験−1で
は濃度を近等に、実験−2、3では後述する方法
(第6図参照)で、上に凹になる様にした。泳動
槽47内の電位測定は、泳動槽42に一定間隔で
埋め込んだ電極で測定した。
〔実験−1〕 泳動槽42内に10mM酢酸ソーダ溶液と10mM
酢酸ソーダ、15%しよ糖溶液を用い、しよ糖に関
しては陰極側から陽極側に向つて15%〜0%の直
線的密度勾配をつけ、酢酸ソーダに関しては均一
な濃度になる様にし、印加電圧50Vで通電した。
この結果、第5図に示すように約5時間後にほぼ
直線的に増大する電位勾配の勾配が得られた。
〔実験−2〕 実験−1の方法では所定の電位勾配の勾配を得
るのに長時間を要する。そこで予め電解質に濃度
勾配をつける事にした。電気抵抗は電解質濃度に
ほぼ反比例するので、理想的には陽極側から陰極
側に向つて距離に反比例して減少する電解質の濃
度勾配をつけるのが望ましい。第6図に示す方法
で近似的にこの条件を満たした。第6図におい
て、槽51と槽52に夫々分離槽の半量の溶液を
入れておき、槽53から槽52へスピードαで送
液し、攪拌しながら槽52からスピードαで排液
すると同時にスピードβで槽51に送液する。同
時に攪拌しながら槽51から2βのスピード泳動
槽47に注入し、勾配液を調整する。この方法に
よると、公配液の電解質濃度はα/βを0.3以下
にすると比較的よく反比例関係を近似し得る。実
験−2、実験−3(後述)ではα/β=0.24とな
るようにした。
各槽内溶液は、 槽51内溶液:2mM酢酸ソーダ、15%しよ糖
溶液 槽52内溶液:2mM酢酸ソーダ、1%しよ糖
溶液 槽53内溶液:50mM酢酸ソーダ、1%しよ糖
溶液 とし、泳動槽42内に陰極側から陽極側に向つ
て、しよ糖に関しては15%〜1%の直線的な濃度
勾配を、酢酸ソーダに関しては2mM〜50mMの
上に凹の濃度勾配をもつ勾配液を調整しその上に
試料槽として100mM酢酸ソーダを満たした。電
極槽、電解質貯蔵槽に関しては前述の通りであ
る。印加電圧50Vで通電した電位勾配を測定した
ところ、第7図の如く、通電直後からほぼ直線的
に増大する電位勾配の勾配が得られ、少くとも2
時間は安定であつた。
第6図において、S1,S2は夫々スターラーを示
す。P1,P2,P3はポンプを示す。
〔実験−3〕 実験−2によつて安定な電位勾配が得られるこ
とが明らかとなつたので、実際に2種類のラテツ
クスの混合懸濁液を用いて、夫々の成分に分離す
ることを試みた。用いた溶液は次の通りである。
槽51内溶液:2mM酢酸ソーダ、8%しよ糖
溶液 試料懸濁液:ラテツクスTD−1、TD−2を
100mM酢酸ソーダ、0.5%しよ
糖液に懸濁したもの。
槽52,53、電極槽、電解質貯蔵槽41に関
しては実験−2と同様である。
実験−2と同じやり方で勾配液を調整し、その
上に静かに試料懸濁液を重層し、更にその上に少
量の100mM酢酸ソーダ溶液を満たした。第4図
に泳動管12に装着した状態を示し、第4図中5
1は上記勾配液を示し、同じく52は上記試料懸
濁液を示す。又、第9図に勾配液と試料懸濁液を
入れた実験装置の分離前のピースの写真を示して
あり、上部の白い部分が試料懸濁液である。冷却
下で印加電圧50V、遠心力1800g(泳動槽42の
中央)で30分間分離を行つた結果、第8図に示す
通り、夫々の成分ラテツクスTD−1a、TD−2b
がほぼ1/10の巾に濃縮されて帯状に分離できた。
第10図は、分離後泳動管12から取外した実験
装置におけるピース47の写真を示し、白い部分
が分離されたラテツクスの分離層である。遠心分
離単独の分離では、各々の分離層は、分離前の試
料懸濁液の巾よりも更に巾広く分離される。これ
は、分離前の試料懸濁液の巾が分離後の巾を決定
し、更に試料粒子の不揃いによる沈降係数の差に
より分離層が巾広くなることに加え、試料の拡散
があるめためである。電気泳動単独による分離で
も同様である。
以上実験結果から明らかなように、本発明方法
によれば、たとえ試料層が厚くても夫々の成分が
巾狭い帯状となつて分離することができる。
ここには詳述しなかつたが、本発明方法におい
ては電解質貯蔵溶液の組成が重要であり、次の条
件を満たすことが必要である。
即ち、通電中に消耗するイオンを補充するた
め、未解離の電解質が大量に存在すること。
これらの事により、泳動槽内に過不足なくイオ
ンが長時間供給され得る。実験−2、3において
電解質貯蔵液として高濃度の酢酸及び酢酸ソーダ
液を用いたのは上記の理由による。
【図面の簡単な説明】
第1図は回転軸からの距離と遠心力又は電場の
力の大きさとの関係を示す線図、第2図はイオン
の移動関係を示す模式図、第3図は本発明方法を
実施するに適した装置の一例を示す縦断面図、第
4図は同遠心電気泳動管の縦断面図、第5図は電
位勾配を示す線図、第6図は濃度勾配作成装置の
模式図、第7図は電位勾配を示す線図、第8図は
本発明方法による分離結果を示す遠心電気泳動管
の縦断面図である。第9図は実験3における勾配
液と試料懸濁液を入れた分離前のピースの写真、
第10図は同分離後の写真である。 11はロータ、12は遠心電気泳動管、22は
直流電圧調整器、30はバケツト、32はキヤツ
プ、40は陰極槽、41は電解質貯蔵槽、42は
泳動槽、43は陽極槽である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 イオン濃度勾配を有する溶液に試料を入れ、
    該溶液に遠心力を与えると共に該遠心力と反対方
    向に作用する電場を与えることにより、前記試料
    中の高分子又は粒子等の成分を、上記遠心力と上
    記電場による力とのつり合い位置に分離すること
    を特徴とした高分子又は粒子等溶液の分離方法。
JP57120159A 1982-07-09 1982-07-09 高分子又は粒子等溶液の分離方法 Granted JPS5910844A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57120159A JPS5910844A (ja) 1982-07-09 1982-07-09 高分子又は粒子等溶液の分離方法
US06/511,133 US4432849A (en) 1982-07-09 1983-07-06 Method and apparatus for separating macromolecules or particles in a liquid solution

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JP57120159A JPS5910844A (ja) 1982-07-09 1982-07-09 高分子又は粒子等溶液の分離方法

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JPS5910844A JPS5910844A (ja) 1984-01-20
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